Développer une nouvelle génération de muscles artificiels et de nanorobots mous pour l'administration de médicaments sont quelques-uns des objectifs à long terme de 4D-BIOMAP, un projet de recherche ERC entrepris par l'Université Carlos III de Madrid (UC3M). Ce projet développe des méthodologies bio-magnéto-mécaniques transversales pour stimuler et contrôler les processus biologiques tels que la migration et la prolifération cellulaires, la réponse électrophysiologique de l'organisme, et l'origine et le développement des pathologies des tissus mous.

"L'idée globale de ce projet de recherche est d'influencer différents processus biologiques au niveau cellulaire (c'est-à-dire, cicatrisation des plaies, synapses cérébrales ou réponses du système nerveux) en développant des applications d'ingénierie opportunes, " explique le chercheur principal de 4D-BIOMAP, Daniel García González du Département de Mécanique des Continuums et Analyse Structurelle de l'UC3M.

Les polymères dits magnéto-actifs révolutionnent les domaines de la mécanique des solides et de la science des matériaux. Ces composites sont constitués d'une matrice polymère (c'est-à-dire, un élastomère) qui contient des particules magnétiques (c'est-à-dire, fer) qui réagissent mécaniquement en changeant de forme et de volume. "L'idée est que l'application d'un champ magnétique externe entraîne des forces internes dans le matériau. Ces forces entraînent des altérations de ses propriétés mécaniques, tels que la rigidité ou même les changements de forme et de volume qui peuvent interagir avec les systèmes cellulaires'", explique Daniel García González. Le chercheur a récemment publié un article scientifique dans Composites Part B:Engineering sur ce sujet avec ses collègues du département d'analyse structurelle et du département de bioingénierie et d'ingénierie aérospatiale de l'UC3M. Dans cette collaboration transversale, motivé par des expériences originales, ils proposent un modèle qui fournit des conseils théoriques pour concevoir des systèmes structurels magnéto-actifs qui pourraient être appliqués à la stimulation de la cicatrisation des plaies épithéliales.

La réponse magnéto-mécanique est déterminée par les propriétés matérielles de la matrice polymère et des particules magnétiques. Si ces processus sont contrôlés, d'autres applications d'ingénierie pourraient être développées, comme des robots mous pouvant interagir avec le corps ou une nouvelle génération de muscles artificiels, note le chercheur, qui explique le potentiel de cette technologie avec une comparaison :« Imaginons quelqu'un qui est sur la plage et qui veut avancer rapidement. Cependant, le sable (l'environnement mécanique) leur permet d'avancer un peu plus difficilement que s'ils se trouvaient sur du tarmac ou une piste d'athlétisme. De la même manière, dans notre cas, si une cellule est sur un substrat trop mou, il sera plus difficile de se déplacer. Donc, si nous sommes capables de modifier ces substrats à la place et de créer cette piste d'athlétisme pour les cellules, nous ferons en sorte que tous ces processus se développent plus efficacement."

4D-BIOMAP (Biomechanical Stimulation based on 4D Printed Magneto-Active Polymer) est un projet de cinq ans financé à hauteur de 1,5 million d'euros par le Conseil européen de la recherche via une subvention de démarrage ERC dans le cadre du programme-cadre pour la recherche et l'innovation, Horizon 2020 (AG 947723). Ce projet de recherche est abordé dans une perspective multidisciplinaire, impliquant des connaissances issues de disciplines telles que la mécanique des solides, magnétisme, et la bio-ingénierie. De plus, informatique, expérimental, et les méthodologies théoriques seront combinées.